作为增加虚拟场景真实感的关键技术——光照渲染技术,在三维游戏、动画影视、三维地理信息系统等方面都有广泛的应用。然而,针对基于球面谐波函数(spherical harmonics,简称SH)表示的光照及其在场景绘制中的应用,虽然在近几年里提出的算法较多,但还是存在一些问题,比如SH基函数过多、忽略了阴影的交互转移、光线跟踪速度慢等。本文在吸取计算机图形学、虚拟现实的先进理论和技术成果的基础上,对SH在光照表示和场景绘制中的应用技术进行了具体而系统的研究。本论文的主要研究工作有:首先,分析了球面谐波函数用来表示光照特性需要存储许多SH因子数量,而在实际应用中需对大量的SH因子进行压缩处理,但这样会产生噪音,为了解决上述问题提出了一种基于能量控制的球谐光照演示方法,对量化过程进行建模、施加约束条件进而达到减少数据量的目的,实验结果表明采用该方法能够明显降低因子数量且较好地表示光照特性。其次,由于九维线性子空间能够用来表示外侧凸起的朗伯物体在所有光照条件下的图像,可通过球面谐波函数来建立这种子空间,已存在的球谐函数子空间方法较其它方法能够模拟更复杂光照效果,但是对阴影的处理并不理想。针对使用球面谐波函数得到的子空间方法表示的光照效果不太理想特点,提出了一种基于低维线性子空间的球谐光照改进方法。首先介绍了朗伯模型的球调和逼近,接着分析了球面谐波函数子空间方法得出近似反射函数,最后针对得到的反射函数进行了改进。最后,分析了光辐射预计算在场景实时绘制中的作用,对已有的光辐射预计算算法进行比较,针对已有的基于球面谐波函数的预计算光辐射传输方法存在的光线跟踪速度慢的特点,采用了包围球技术来加快光线跟踪且使用层次组织结构对光线方向进行存储表示,实验结果表明该算法在保证绘制视觉效果的同时,绘制速度有所提高。这里针对的仅为静态场景下的单一物体实时绘制。